伺服沖床的構(gòu)造及使用方法全析

文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所

伺服沖床的構(gòu)造及使用方法全析

文/張清林·江蘇中興西田數(shù)控科技有限公司小松勇·日本小松技術(shù)士事務(wù)所

（連載六）

前面我們已經(jīng)介紹過，伺服沖床滑塊的動作和速度雖然有一定的限制但是因?yàn)榭梢匀我庠O(shè)定，所以就可以發(fā)揮出比傳統(tǒng)的連桿式機(jī)械沖床更好的加工性能。當(dāng)然這并不是說要把傳統(tǒng)的沖床全部放棄，傳統(tǒng)沖床仍然還有很多適合它的沖壓加工領(lǐng)域。對于沖床來說，需要根據(jù)其適合的材料、適合的條件來有區(qū)別地使用，一個優(yōu)秀的沖壓生產(chǎn)技術(shù)人員要了解伺服沖床和其他的沖壓機(jī)械各自的特點(diǎn)并加以正確使用，這是非常重要的，也是生產(chǎn)技術(shù)人員水平和能力的重要體現(xiàn)。

現(xiàn)在我們介紹幾個使用了伺服沖床加工并取得了很好效果的加工部件的實(shí)際例子，以此證明伺服沖床具有傳統(tǒng)的機(jī)械式?jīng)_床所沒有的性能，更好地看到使用伺服沖床的效果。在下面的文章中凡是寫“機(jī)械式?jīng)_床”的地方就是指傳統(tǒng)的有飛輪、有制動離合器的機(jī)械式?jīng)_床。

圓筒的拉深加工

如圖1所示是家電產(chǎn)品用馬達(dá)外殼的拉深工位示意圖，我們用這個例子來講述伺服沖床對圓筒拉深部品的加工效果及其技術(shù)特點(diǎn)。

圖1 圓筒拉深部品的加工實(shí)例

被加工的材料是鍍鋅低碳鋼板，板厚為1.6mm，可以先用落料方法加工成適當(dāng)大小的圓盤狀坯材，也可以直接使用卷材。

圖2 第一次拉深的拉深率和拉深高度

第一次拉深的情況如圖2所示，第一次拉深的拉深率R1選擇在0.45～0.55之間，第一次拉深的直徑d1用下面的公式計算：

d1＝R1D

關(guān)于第一次拉深高度h1的確定有幾種方法，可以根據(jù)拉深部分體積不變的原理來確定，也可以一次達(dá)到最終的拉深高度，還有逐步增加拉深高度等方法。

圖1所示的部品經(jīng)過兩次拉深就可基本達(dá)到最終高度，第一次拉深的高度是第二次拉深高度的70％，約為55mm。這個電機(jī)的外殼因?yàn)橛袡M向孔必須加工，所以不能用順?biāo)停ㄔ诩庸み^程中各工位部品的材料連在一起的級進(jìn)模方法）的方法，必須要采用先把材料切斷再進(jìn)行逐個工位加工的方法。這樣就有了3種辦法：一種是人工傳送，即單沖加工；另外一種是在沖床和沖床之間使用機(jī)械手的自動化加工；還有一種是使用多工位搬運(yùn)裝置的自動搬運(yùn)加工。

眾所周知，沖床的最小行程長度因加工方法的不同而有所不同，手工傳遞的單沖加工方法、順?biāo)图庸し椒āC(jī)械手搬運(yùn)加工方法、多工位搬運(yùn)裝置是用二維還是用三維等，其最小行程長度都會有所不同。

⑴順?biāo)图庸r，沖床的最小行程長度需要達(dá)到拉深高度的4倍以上。

⑵沖床每運(yùn)轉(zhuǎn)一周都要停止一次的機(jī)械手搬運(yùn)方法和單沖加工方法，沖床的最小行程長度需要達(dá)到拉深高度的2倍以上。

⑶使用二維多工位搬運(yùn)裝置時，沖床的最小行程長度需要達(dá)到拉深高度的3倍以上。

⑷使用三維多工位搬運(yùn)裝置時，沖床的最小行程長度需要達(dá)到拉深高度的3.5倍以上。

除了上面講述的幾點(diǎn)外，還必須要考慮避免搬運(yùn)裝置與行程長度的相互干涉。

在實(shí)際生產(chǎn)中，要考慮每分鐘行程次數(shù)的影響，拉深開始時滑塊的下降速度要在材料的成形極限速度以下，但同時這個速度還要保證中間的部品搬運(yùn)裝置必須能夠平穩(wěn)地進(jìn)行循環(huán)往復(fù)的搬運(yùn)作業(yè)。

以往的曲軸式機(jī)械沖床因?yàn)樾谐涕L度不能根據(jù)加工內(nèi)容來改變，所以只能依靠改變每分鐘的行程次數(shù)來進(jìn)行拉深加工。為了防止拉深加工的失?。ㄖ饕瞧屏眩糠昼姷男谐檀螖?shù)就要降到很低從而使拉深速度降下來，這樣的生產(chǎn)實(shí)例是很多的。但是即使是降低了每分鐘的行程次數(shù)，如果拉深的深度很大，那么拉深的開始速度仍然是很快的，這時拉深加工是在上模和下模的沖撞下開始的，所以時常會發(fā)生拉深皺褶或材料破裂的情況。

而伺服沖床不但拉深速度能夠任意設(shè)定，同時上模和下模接觸時的接觸速度也可以很慢從而達(dá)到柔性接觸的程度，使得拉深加工能夠在無振動條件下開始，所以使用伺服沖床的效果是不言而喻的。

表1列出了在生產(chǎn)圖1所示產(chǎn)品（最終拉深高度為80mm）時不同的加工方法下沖床的行程長度，從中可以看出，同樣的產(chǎn)品因使用的加工方法不同沖床的行程長度會有所變化，因而每分鐘的行程次數(shù)也會發(fā)生改變。在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中開始拉深的速度很可能不是材料最合適的加工速度，但如果使用伺服沖床加工的話，由于滑塊的速度可以任意設(shè)定，所以不論是哪一種加工方法，都可以用最合適的成形速度來生產(chǎn)，這樣不但能夠使不良產(chǎn)品率降低，同時還可以減少生產(chǎn)過程中故障的發(fā)生。

表1 不同的加工方法下沖床的行程長度

對材料來說合適的加工速度，對于模具來說也是合適的工作速度，在此速度下加工產(chǎn)品，可降低模具的故障發(fā)生率，延長模具維修的間隔時間，這樣成本也就隨之降低了。

不規(guī)則形狀部品的加工

下面拿兩種沖床加工出來的不規(guī)則部品做個對比，如圖3所示。此部品是一個不規(guī)則形狀部品的一部分，我們以此為例介紹一下為什么以往的曲軸式?jīng)_床不能成形的部品而用伺服沖床可以成功的原因。

圖3 不規(guī)則形狀部品的加工

用曲軸式?jīng)_床成形

曲軸式?jīng)_床拉深加工的難度在于部品上有凹洼，在加工過程中壓板不能起到應(yīng)有的作用，材料過分地流動，結(jié)果就使得有的地方產(chǎn)生了皺褶。

在對有凹洼形狀的部品設(shè)計模具時，如果只考慮形狀來設(shè)計模具而沒有預(yù)想皺褶發(fā)生的話，很可能會導(dǎo)致產(chǎn)品加工的失敗。

在許多情況下，雖然有一些部品的設(shè)計者設(shè)計出了一些非?？量痰男螤?，但我們的生產(chǎn)技術(shù)人員都會在模具和沖床的加工條件等方面去想辦法、下功夫，努力地加工出合格的產(chǎn)品。盡管如此，總還是有極限存在的。

在不得不用傳統(tǒng)的曲軸式?jīng)_床的情況下，雖然不能徹底消滅皺褶，但可以在減少皺褶上下功夫，最后還可以用手動砂輪或砂紙進(jìn)行打磨，得到最低限度的合格品。但是這需要耗費(fèi)大量的人工和時間，不利于降低成本。

用伺服沖床成形

現(xiàn)在看一下使用伺服沖床的情況，即使是使用了伺服沖床而滑塊的運(yùn)轉(zhuǎn)模式仍然和曲軸沖床一樣的話，也同樣不能得到理想的成功部品。如果能夠靈活利用伺服沖床的滑塊運(yùn)轉(zhuǎn)模式可以任意設(shè)定的性能，讓滑塊做如圖4所示的振動模式的運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以使成形出的部品沒有皺褶。也就是說，不需要對模具進(jìn)行任何改造，只要將滑塊運(yùn)轉(zhuǎn)模式選擇為振動模式就可以了。

圖4 伺服沖床的振動模式

表2 滑塊的其他幾種運(yùn)轉(zhuǎn)模式

振動模式就是在拉深加工開始的時候先稍稍拉深一點(diǎn)后滑塊就少量的上升，然后再下降進(jìn)行短行程的拉深后滑塊又少量的上升，這樣反復(fù)多次、一點(diǎn)點(diǎn)地加大拉深深度?；瑝K少量上升后，壓板的壓力瞬間減小，材料和壓板之間、材料和下模之間再次形成了潤滑油膜，而且滑塊少量上升后再下降的動作可以使滑塊減低速度，這樣上模與下模的沖擊力也因?yàn)闆]有了壓板的振動而被消除，這也是抑制部品皺褶發(fā)生的另一個原因。

在這里有兩個問題必須要理解和注意：

⑴請務(wù)必理解并不是所有的成形加工都可以用振動模式來進(jìn)行。材料是在凹模和沖頭的作用下被拉深的，在這個過程中沖頭和凹模做上下的相互運(yùn)動，模具里的材料和模具要有多次的摩擦，如果是電鍍鋼板或涂裝鋼板的話，就會有擦痕或表面剝離的現(xiàn)象出現(xiàn)。

⑵請務(wù)必理解滑塊要在短時間內(nèi)做小幅度的往復(fù)運(yùn)動的同時還要加壓、下降，這不是伺服電機(jī)的特性所能做到的，也就是說要受到一些制約。即使是在無負(fù)荷的情況下可以進(jìn)行往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，但是曲軸是要在進(jìn)行幾十噸的加壓或承受數(shù)噸緩沖墊壓力的同時做反復(fù)的往復(fù)回轉(zhuǎn)的，這對沖床的負(fù)擔(dān)是很大的。

因此，要在確實(shí)地做好沖床維修保養(yǎng)的條件下才能使振動模式的優(yōu)勢得到更好的發(fā)揮，這一點(diǎn)請切記。

除了振動模式，伺服沖床還有其他幾種運(yùn)轉(zhuǎn)模式，它們各自的適用領(lǐng)域和加工優(yōu)勢也不盡相同，為了幫助大家能更好地理解這幾種運(yùn)轉(zhuǎn)模式，現(xiàn)將它們的加工類型和運(yùn)動特性等列于表2中。

如圖5所示的部品就很好地展現(xiàn)了伺服沖床振動模式的加工效果，雖然是單純的圓筒拉深，但由于使用了圖6所示的振動模式，所以第一次拉深的深度得到了大幅度地加大。

圖5 伺服沖床的深拉深部品

圖6 圓筒形深拉深加工的振動模式

前面已經(jīng)講過，鋼板第一次拉深的拉深率一般在0.45～0.55之間，0.45是成形性非常好的深拉深鋼板的拉深率，一般通用鋼板的拉深率在0.5以下的很少。如果想讓一般通用鋼板的拉深率也能達(dá)到0.45，那么沖頭倒角部分的過渡曲線要比較圓滑，與其配合的凹模倒角部分的過渡曲線也要比較圓滑，沖床的精度要很高，模具的最終精度也要比較高，同時還要有非常合適的潤滑油使用等，只有當(dāng)這些好條件都具備了才有可能達(dá)到這樣的拉深率。所以為了保證產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性，一般把拉深率設(shè)定在0.5～0.55之間。